杭州湾北岸水下地形冲淤演变分析

王 颖 ，刘 桦 ，张景新

（1.上海化学工业区物业管理有限公司，上海 201507；2.上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240）

杭州湾北岸水下地形冲淤演变分析

王 颖1，刘 桦2，张景新2

（1.上海化学工业区物业管理有限公司，上海 201507；2.上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240）

通过分析历史资料，研究了杭州湾北岸上海市化学工业区堤防前沿的水动力特征、岸滩的冲淤演变特征及部分可能影响因素。针对化工区海防安全的要求，着重分析了堤防工程的若干工程效应及其对该水域岸滩保护的工程作用。针对该水域的最大海洋自然灾害——台风浪，汇总了工程建设前后几次强台风过境该水域时的若干水动力条件及岸滩损坏情况，分析了若干动力特征及岸滩冲淤演变的时空特征。通过资料分析，提出了针对杭州湾北岸上海市化学工业区海防安全所需重点关注的几点问题，包括前沿水域深槽演变的不断观测，近岸0 m等深线变化的观测等。

水动力条件；泥沙；岸滩演变；台风浪

Biography：WANG Ying（1984-），female，assistant engineer.

上海化学工业区位于上海市的最南端，杭州湾北岸金山—奉贤交界的漕径—柘林岸段，东起南竹港，西至龙泉港，岸线走向呈东西向转为近东北向的凹弧形，长13.3 km。一期工程东大堤7.6 km（南竹港至西泵站），二期工程西大堤5.7 km（西泵站至龙泉港），规划建设面积29.4 km2，是“十五”期间中国投资规模最大的工业项目之一，是上海六大产业基地的南块中心。目前多个跨国公司以及世界著名公用工程公司已落户区内。

由于该岸段潮流及其波浪动力作用较杭州湾北岸沿线其他岸段弱，20世纪90年代以前，近岸以淤涨为主［1］。自化工区建设以来，随着杭州湾北岸上下游高强度的开发活动和长江来水来沙条件的变化［2-3］，该处岸滩由淤变冲，侵蚀力度不断加强［4］，尤其夏季台风过境其间的岸滩冲淤是影响堤身安全的潜在因素［5］。

从化工区建设和生产安全考虑，研究化工区海域的地貌形态和来水泥沙条件及岸滩的冲淤状况具有重大的现实意义。

1 水动力条件

化工区前沿海域地处杭州湾北岸中部，据化工区5个断面10条垂线同步水文测验资料［6］分析：（1）该水域属于浅海半日潮，受整个杭州湾漏斗状地形影响，大潮期间化工区前沿水域由东向西落潮历时稍有减少，涨潮历时有所延长，沿程变化不大，小潮期间相反。此外，部分岸段因近岸局部地形影响，整个水域总体为落潮历时长于涨潮历时；（2）大潮期间的涨潮平均流速在1～1.5 m/s，落潮平均流速小于1 m/s；小潮涨潮平均流速约1 m/s，落潮平均流速小于0.5 m/s，涨落潮流路与岸线基本平行；（3）余流流速在0.1～0.3 m/s，方向大致与岸线平行，但目华路以东余流有所偏转，其中-5 m以浅区余流方向为285.7°，流速约为0.1 m/s；此外，西泵站临近水域流速方向在近岸-5 m以浅是离岸方向，-10 m临近区为向岸和平行岸线输运；（4）化工区前沿水域以涨潮优势流为主，在东泵站和西泵站间海域涨潮优势流大于舒华路和目华路之间岸段的水域，即“两头大、中间小”。

杭州湾内波浪主要以风浪为主，涌浪次之，该海域多年平均波高为0.4 m，平均周期为2.9～3.2 s，最大波高为3.9 m（金山石化）。近岸海域在冬半年以离岸风浪为主，平均波高为0.3～0.4 m，波向为NW向和N向；夏半年为向岸浪，平均波高为0.5～0.6 m，波向为SE-SSE向。

悬沙含沙量沿水深纵向分布明显呈上小下大的规律，符合悬移质泥沙在垂线上沿水深分布的规律。表层涨潮最大含沙量为0.5～1.5 kg/m3，底层涨潮最大含沙量可超过10 kg/m3；落潮表层最大含沙量小于0.5 kg/m3，底层小于5 kg/m3；全潮涨潮平均含沙量表层介于0.2～0.5 kg/m3，底层介于0.7～5.8 kg/m3。落潮平均含沙量小于涨潮含沙量，其底部最大含沙量不超过2.5 kg/m3。

单宽输沙量变化是指在一个全潮过程中，某站单位宽度垂向涨落潮输沙量及其差值，用净进（即涨潮流方向）或净出（即落潮流方向）表示。单宽输沙量的计算表明，该海域大小潮输沙量基本一致，都表现为涨潮输沙量大于落潮输沙量。水域自东向西净进输沙量逐渐减小，其中一期工程附近水域单宽净进输沙量每潮大于100 kg，二期工程临近水域单宽净进输沙量每潮小于50 kg。

2 海床稳定性与冲淤演变分析

2.1 历史变迁

历史上杭州湾的演变特征为北冲南淤，南岸淤涨，北岸在涨潮流和东南向强浪作用下，岸线侵蚀。近3 000 a来，随着人口增多，长江流域开发日盛，水土流失加剧，长江水体含沙量增加。长江三角洲迅速向东扩展，杭州湾北岸岸线也随之向南推进［7］。

杭州湾北岸在顺岸往复流作用下，潮滩沿着海岸呈带状分布，滩地宽度不尽一致。近代以来，化工区所处的柘林—漕泾段在南汇嘴和金山嘴人工控制节点作用下，形成了微弯内凹的弧形海岸线。在凹入海岸的低能地区，滩地较宽，物质细化，多呈淤积状态［8］；同时，丰富的长江入海泥沙一部分进入杭州湾，为滩涂淤涨提供了物质来源。此段海域岸线冲淤变幅小，0 m（吴淞基准）以上滩涂向外淤涨。

20世纪80年代中后期有冲刷趋势，尤其是-8 m线内退明显。主要有2个方面的影响因素：其一是长江流域来沙量的减少。主要原因是中游干流河床和洞庭湖、鄱阳湖淤积加剧，围湖造地、库坝拦沙、河床采沙等人类活动因素也是过沙减少的原因。以大通站［9］为例，20世纪50年代以来，大通站年均输沙率总体呈下降趋势，年均输沙量大幅下降。而钱塘江年均输沙量只有668万t，来水来沙对杭州湾影响甚小。长江入海扩散的大量泥沙，有一部分随涨潮流进入杭州湾，参与杭州湾泥沙运移。长江流域来沙量的减少，势必影响到杭州湾水沙输移的平衡。其二是南汇边滩的促淤造地工程。1994年以来的南汇东滩和南滩圈围滩地，拦截了部分入海泥沙，减少了进入杭州湾的泥沙量，冲刷带由东往西迁移，化工区前沿海域冲刷强度增加。

2.2 化工区建设后的变化

化工区海堤建设后，岸线走向基本与滩地等深线方向一致，对沿岸潮流运动和泥沙输移不会产生较大的影响。考虑到水位在堤前雍高导致回流和波浪破碎位置向岸前移，将对堤前滩面造成局部冲刷，影响大堤安全稳定，化工区建立了保滩工程。由于杭州湾北岸的主波向基本垂直于岸线，加上近岸涨落潮流较强，使短丁坝保滩护岸收效不大。至2009年底，化工区基本建立沿堤顺坝保滩工程，工程建设后，波浪越坝大为衰减，堤内水域平静，随浪、流挟带的泥沙可较快地沉淀，在促淤方面起到了很好的效果。目前为止，西大堤顺坝促淤使原滩面普遍抬高至2 m（吴淞基准）左右。

考虑到化工区前沿海滩已布设海堤，近岸海床冲淤变化是评估的关键，其中不同等深线变化的位移直接反映海床的稳定性。以-8 m等深线位移为例，由图3可以看出，自化工区建设以来，大件码头以东，滩地冲刷，以西滩地有所淤积，西部滩地明显高于东部。分析可知西部海域处于凹入海岸的低能地区，滩地较宽，涨落潮转流过程中，低流速历时较长，泥沙易于淤积。

为了进一步了解东部海域的海床冲淤演变情况，对化工区在一期工程海域布置的6个断面（图 4）1999、2005、2008年的测图（图 5）进行了分析。

由图5可以看出，与1999年初化工区建设相比，固4和固5断面300 m内冲刷严重；固6断面300 m外呈淤积状态，其他几个断面冲刷明显。自2005年以来，除固1断面冲刷较为严重外，其他断面冲淤交替。化工区东部是落潮主流顶冲地带，受其影响海堤前沿冲刷较广，固1断面所处位置遭受夏季东南向岸浪冲蚀严重。2007年码头以东2.9 km（至固1断面西800 m处）修建了保滩顺坝，固2和固3断面护堤效果明显，相对于2005年测量结果无较大变化。化工区大件码头以西-8 m以浅的岸滩和水下滩坡，则处在冲刷槽主流北侧的缓流区内，流速较小，流向亦有所分散，对水下滩地冲刷作用明显减弱，冲淤相对稳定。

不同岸段侵蚀的强度决定于近岸泥沙的供给量和动力强度，杭州湾上下游围堤活动的增多，长江口入海泥沙的减少，都将对近岸水文、泥沙产生一定的影响。因此加强水下地形的测量，密切关注海床变化，对化工区的堤防安全是很有必要的。

2.3 金山深槽的影响

金山深槽是一道海底深水槽，始于大、小金山间的金山门海峡，是涨潮激流冲刷淘蚀的结果。金山嘴附近及石化厂前沿深水区靠近陆部海岸，-8 m等深线离岸仅800 m。深槽底部由一系列深潭串连而成，一般深度在-30～-40 m，以大小金山附近为最深，达-50 m左右。20世纪30年代初，-20 m深水区已由金山门伸展至戚家墩前沿；20世纪50年代已越过金山滩嘴（今纬三路）；20世纪70年代又向西延伸1 km；20世纪90年代起，对其近年水下地形测量资料分析，从横向看，深槽展平淤浅，即上部继续扩张，下部淤积变浅变窄，截面积总体扩大，发展缓慢。从纵向看，北岸趋平稳，南岸发育，总体西伸［10］。

化工区西部与金山交界处海域，在前沿海域约1 km的水深处，分布有一条近似与等深线平行的深槽，约-10 m，该槽处在大小金山北偏东处。考虑到杭州湾北岸海域冲刷带由东往西移动［11］，因此避免2个深槽连成一体、阻止其向化工区逼近是很有必要的。

3 台风影响

台风是影响上海城市安全和沿海防汛工程的主要自然灾害，大风浪可造成岸滩在短时间内的迅速侵蚀，并影响海堤安全。1997年8月的9711号台风，杭州湾北岸增水1.22～1.67 m；波浪破碎产生强大的紊流将化工区滩面泥沙大量淘刷，前沿滩地刷深达1.6～3.3 m；已筑好的标高6 m平台以上的1：3干砌块石护坡被风浪全线摧毁，堤身普遍被削掉1～3 m，个别严重处5 m。此次台风的直接经济损失达1 000万元。

2005年的0509号“麦莎”台风影响化工区共3 d，恰逢汛期第五次天文大潮汛，出现了风、雨、潮“三碰头”的严峻形势。期间实测最高潮位5.5 m，增水0.96 m，超警戒水位0.2 m；瞬时风速最大31.8 m/s（11级），风向东南东；实测最大波高4.2 m；总降水量203.9 mm，一日最大降水量170.4 mm。此次台风造成一期海塘50 m短丁坝群中的50%损坏，一处堤脚塌陷。“麦莎”台风前后地形测量分析表明：大堤以外10～100 m为强烈冲刷区，一期工程联合路以东海床-8 m以浅区冲刷严重，幅度1～2 m，西段冲刷0.2～0.6 m；130～1 000 m为淤积区，淤积厚度一般为0.2～0.8 m，这种上部冲刷、下部淤积的冲刷模式符合风浪侵蚀海岸的典型剖面。各固定断面的冲淤变化见图6。若按破碎波临界波高估计，化工区前沿海域潮位为4.7～5.5 m，故台风过境时破波波高3～4.2 m，因此化工区前沿的0 m（吴淞基准）等深线区域岸滩为台风大浪过境的重要侵蚀地段，需要对此加强分析。

4 结论

上海化学工业区所处地段为微弯内凹的弧形海岸线，波浪和潮流二大动力作用相对较弱，历史上冲淤变幅小，0 m以上滩涂向外淤涨。近年来由于杭州湾上下游围堤活动的增多，长江口入海泥沙的减少，致使化工区沿线岸段由淤转冲，部分断面冲淤交替。该水域东侧滩地冲刷明显，需要尽快采取保滩工程措施。化工区西部水域存在东西走向深槽，应当加强观察，避免与金山深槽连通，逼近化工区。前沿海域的0 m等深线区域岸滩为台风大浪过境的重要侵蚀地段，需要对此加强分析，并考虑采取必要工程措施保证大堤的安全。

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Analysis on scouring-silting evolution of sea bottom near north bank of Hangzhou Bay

WANG Ying1，LIU Hua2，ZHANG Jing-xin2
（1.Shanghai Chemical Industry Park Property Management Co.Ltd.，Shanghai201507，China；2.School of Naval Architecture，Ocean and Civil Engineering，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai200240，China）

Shanghai Chemical Industry Park（SCIP）is located at the north bank of Hangzhou Bay.Based on the measured data for the domain of SCIP，the characteristics and the influencing factors of the hydrodynamic conditions and sediment transport were studied.Considering coast defense of SCIP，one issue of the present work was focused on the effects of the dike construction on the beach protection.With the measurements of hydrodynamics and beach evolution during typhoon，several characteristics of the beach evolution were analyzed in case of the biggest natural disaster.Several standpoints about the inspection of the hydrodynamics and beach evolution in the domain were presented，referring to the evolution of deeper channel and the change of 0 m isobath.

hydrodynamic condition；sediment；beach evolution；typhoon wave

TV 131.2；TV 141

A

1005-8443（2011）02-0173-06

2010-07-08；

2010-09-06

王颖（1984-），女，山东省人，助理工程师，主要从事海塘管理工作。